基于STC单片机教室智能控制系统的设计探讨

吴思艺 杨博

【摘 要】当前，随着社会经济和科学技术的发展，人类社会的发展更多地依赖于能源。然而，有限的资源量无法满足日益增长的社会需求，提高资源利用率或寻找相关替代品都是解决能源短缺的有效途径。校园里屡见灯火通明，教室却空无一人的现象。本文针对校园教室照明浪费的问题，对STC单片机教室灯光智能控制系统进行探讨，对于如何避免浪费用电进行研究，分析了教室照明智能控制系统的原理，在此基础上，提出了STC单片机教室照明智能控制系统的设计思想。

【关键词】STC单片机;智能控制系统;自动控制;手动控制

引言

随着经济和科技的快速发展，对能源的需求量越来越大，随之而来的浪费现象也日益突出，有限的资源无法满足日益激增的需求。尤其如今提倡低碳生活，节约能源已成为人们共识。因此，有必要在教室中使用照明控制系統，以节约能源。目前，国内外照明智能控制系统已有应用，但其系统还不是很完善，还存在很多不足，主要依靠人工管理。

传统的教室照明系统在主电源通过配电箱后，主要分为几个支路。这些分支分别向灯具供电，然后通过照明中串联的单双极开关来通断供电线路。因此，传统的照明系统无法实现系统管理的自动控制。总之，随着现代自动化水平的不断提高，计算机技术的应用，教室智能灯光控制系统正朝着多样化、智能化的方向发展。

1.教室灯光控制设计的总体思想及基本原理

该控制系统采用STC单片机作为主控模块的核心。为了检测人体的存在，采用了热释光红外人体传感器。光敏电阻三极管用于收集和探测周围环境光。在整个智能控制系统中，使用人体传感器探测人体是否存在，然后通过单片机对其进行分析和处理，控制整个教室的照明。系统不仅有自动控制部分，还有手动控制部分。

如果将系统调节到自动控制模式，当教室光线较弱时，光敏三极管通过感应得到教室的光强度信号，送单片机处理，最后输出开灯指令。同时，系统可以将开关灯的时间调整到与学校作息时间相同的时间，从而达到了节能的效果。

如将系统调至手动模式时，通过按下灯光开关按钮，即可打开教室的灯光，达到强制开灯的状态。

2.硬件设计

该智能控制系统以单片机为核心，包括环境光采集、按键模块、液晶显示模块、红外电路模块、继电器驱动电路、系统电源电路、时钟电路等。

2.1 STC单片机核心控制模块

在整个智能控制系统中，核心控制器主要用于接收两个数据，一个是接收定时时间是否到达的数据，另一个是接收教室照明是否充足的数据。控制器对这两个数据进行逻辑运算，系统实现定时开关灯、并可以检查进入教室人数。

2.2 系统供电电路

该系统采用市电220V，经变压器变为9V，经二极管整流，电容滤波，稳压器LM339，最终得到+5V的供电。

2.3 人体传感器

人体传感器具有价格低廉、功耗小、体积小的特点。但环境温度接近人体温度时，传感器的灵敏度会降低，且容易受到外界干扰和红外线穿透力差，系统在编程过程中会延长人体数据采集时间。

2.4 周围环境光线采集

光电三极管具有将光信号转换成电信号并放大电信号的功能，具有灵敏度高、体积小、电流小的特点。当环境光强度较高时，光电三极管呈现低阻状态，三极管的基极电压升高，集电极输出低电平。如果集电极输出高电平，光电三极管显示高电阻状态。当周围环境光线足够明亮时，无论人体是否存在，系统都不会开灯。当周围环境光线不够明亮时，当人体存在时，系统就会开灯。

2.5 时钟电路

根据教室灯光满足学校作息时间的规律，需要时间控制，并考虑停电时教室灯光的使用，所以系统采用充电能力强的时钟芯片DS1302来设置年、月、日、时、分、秒。该时钟芯片供电电压低，只需三条线路即可实现与单片机的通信，精度高，满足系统要求。

2.6 继电器驱动电路

继电器由PNP型三极管驱动。当系统接通时，如果单片机p3.5和3.6处于低功率水平，则三极管的基极可以产生足够的电流使三极管接通，继电器吸合，从而带动负载并打点亮灯光。

2.7 按键模块

按键电路采用单片机作为按键的信号输入端口。按键时，呈现低电平。未按此键时，呈现高电平。通过检测单片机端口电平的变化，可以确定按哪个键。在自动控制的情况下，按键时液晶显示屏上会显示人数。当教室里的人数超过10人时，灯就会完全亮起。当教室里的人数少于10人时，教室里的灯只亮一半。在手动控制的情况下，按键时教室的灯将完全亮起

2.8 晶液显示模块

为了实现人机交互界面，采用LCD1602液晶显示屏显示系统设定的时间和日期，以及进出教室的人数等，为用户提供详细信息。以下是液晶显示的流程图：

3.结束语

STC单片机智能灯光控制主要以单片机为核心，能够实现教室灯光的智能控制，合理利用能源，有效降低教室用电量。在保证系统正常运行、稳定可靠运行的前提下，硬件设计中采用了性价比高的组件，降低了整个系统的成本。

参考文献：

[1]靳达.单片机应用系统开发实例导航 [M] .北京：人民邮电出版社，2003.93—97.

[2]张培培.教室智能灯光控制系统的软件设计实现[J].科技风，2020（08）：25.

[3]孙雪，崔晓梅，马雪滢，董玉华.智能家居灯光控制系统设计[J].智能计算机与应用，2019，9（02）：235-238.

（作者单位：广州工商学院电子信息工程系）